卡盧金頂燃式熱風爐

內燃式熱風爐結構具有6大先天的缺陷（圖1），最主要原因是蓄熱室和燃燒室佈置在同一個爐殼裏的佈局。2.1.1. 煤氣短路或直聯（短路現象）。由於分隔牆上的磚體之間存在裂縫，燃燒室和格子磚蓄熱室的煤氣會發生短路或直接互通，這種現象使熱風温度降低可達100度。這一缺陷導致的一個不良後果，是CO會溢出並進入廢氣中 (檢測結果達到0.5-1.0%)， 對環境造成嚴重污染。

2.1.2. 燃燒室與蓄熱室之間的隔牆彎曲下傾(香蕉效應)。原因在於靠近爐殼的大牆磚與靠近蓄熱室的隔牆磚之間存在温差，結果是燃燒室和蓄熱室均受到損壞。

2.1.3. 燃燒室磚體、熱風管拱門和熱風爐燃燒器很容易變形和受損。這是因為在燃燒室底部的高温和壓力下，耐火材料會發生蠕變，尺寸高的燃燒室更容易出現這種問題。

2.1.4. 燃燒產物分佈不均。燃燒產物沿着格子磚蓄熱室的分佈不均勻，偏差達到15%。這將減小熱風爐的實際效率，會導致蓄熱室的耐火材料出現大範圍裂縫，並損壞蓄熱室的爐箅子。這種事故在內燃式熱風爐中葉很常見。

2.1.5. 脈衝燃燒。脈衝燃燒與本身高度過高的燃燒室的高頻震動有關，消除這種影響的困難較大。這將導致結構出現強烈振動，砌磚被毀壞，熱風爐不能正常運行。實際應用中，經常在靠近熱風爐燃燒器的位置安裝大型抗共振器，單由於其尺寸較大，也會堵塞大量空間。

2.1.6. 温度波動損傷。 在燃燒和送風階段，磚砌體遭受的温度波動可能將達到600攝氏度。在送風和燃燒期間，如果出現温度的突然波動，將導致耐火材料出現裂縫。在內燃式熱風爐的陶瓷燃燒器的上部經常能夠觀察到大的裂縫。

因為存在上述缺陷，內燃式熱風爐不適應在高風温 (最高 1250度) 工作條件下長期運行（不可能達到30 年無大修的要求）。內燃式熱風爐長期穩定的工作狀態是能夠保證1200 度風温。?

外燃式熱風爐最重要的改進是把燃燒室外置（圖2）。燃燒室自身具有外殼，改進後的熱風爐更加可靠。這種改進雖然消除了“短路”和“香蕉效應”兩個缺陷，卻使熱風爐的構造更加複雜。這不但使得設備的成本提高了30%，而且需要佔用更多空間。實際熱風温度能達到1200-1250度。

如果去除熱風爐的燃燒室，使煤氣在熱風爐頂部的燃燒系統內燃燒，則燃燒室的主要缺陷也將隨之消除。為此卡盧金公司研究、設計了幾代頂燃式熱風爐：

2.3.1 帶環形預燃室的大球頂熱風爐（圖3）帶環形預燃室的大球頂熱風爐是卡盧金設計的第一代無燃燒室--頂燃式熱風爐。在拱頂的基礎部分有一個1米高的環形預燃室，預燃室下部有幾十個小型陶瓷燃燒器噴嘴。環形的煤氣和空氣收集器以及陶瓷燃燒器噴嘴都安置在爐殼內。

第一座這種結構的熱風爐（硅磚拱頂，圖）建成於1982年（用於1500 立方米高爐），於2009年停爐。研究表明，實際上所有的煤氣燃燒都是在預燃室的出口處完成的，沒有出現脈衝燃燒現象，燃燒產物沿着蓄熱室分佈的不均勻度僅為5%；熱風爐在最高1350 度條件下成功地進行了運行試驗，在熱風温度最高1220 度條件下運行可靠。該座頂燃式熱風爐的大修期為30年，已經運行了27年狀況依然良好。在停爐後對熱風爐進行了詳細檢測，拱頂和大牆磚、格子磚都良好。

2.3.2 卡盧金頂燃式熱風爐(簡稱卡式熱風爐，即第二代卡盧金頂燃式熱風爐，圖5).卡式熱風爐是對第一代環形預燃室大球頂熱風爐的進一步發展和改進：

與第一代卡盧金熱風爐比較，新結構將原有的燃燒器噴嘴設計為帶有噴射渦流式（煤氣和空氣的）供氣系統，佈置在預燃室內周，預燃室位於拱頂的上部，預燃室在爐殼中有獨立支撐的內襯砌體。預燃室裏的煤氣和空氣（噴射式渦流）充分混合後在弧形拱頂燃燒，在進入蓄熱室之前已充分燃燒完畢，燃燒產物沿着格子磚分佈更加均勻。

因此，第二代卡式熱風爐與第一代環形預燃室大球頂熱風爐相比，預燃室結構更穩定、噴射渦流式供給的煤氣空氣混合更充分（燃燒更完全）、熱風爐尺寸更小、投資更低，便於用户逐一更換改造。

研究和檢測的結果證明卡式熱風爐的主要優點如下：(1) 煤氣和空氣噴射渦流式混合系統可使煤氣充分燃燒。 經過卡盧金公司與“EKO-Stahl” 公司（德國）協同進行的測量表明，在0.3~5.1%的範圍內調整氧濃度，排出廢氣中的一氧化碳濃度是恆定的（0.0016%，20 毫克/立方米），甚至比德國標準低五倍（圖7）。由此可見，卡盧金頂燃式熱風爐的燃燒器結構具有燃燒充分、更加環保的特點。

(2) 熱風爐沒有短路的現象。

(3) 燃燒產物均勻供給蓄熱室(95-97%)，提高了熱風爐利用係數。

(4) 熱風爐阻抗小。燃燒前煤氣壓力僅為600 daPa時，就足以維持熱風爐滿負荷運行。

(5) 可承受煤氣和空氣預熱到500-600 °C。

(6) 在所有的運行模式中不會發生脈動燃燒。

(7) 氣流噴射不會直接噴至格子磚面，格子磚不會出現局部過熱情況，温度在拱頂、蓄熱室、內層和外殼上對稱分佈。降低了温度劇變，改善了熱風爐的穩定性。

(8) 預燃室磚體不承受高温。燒爐和送風週期之間磚體温度變化與第一代卡式熱風爐接近（該頂燃式熱風爐運行27年，並保持良好狀況）。因此這是一種結構穩定、長壽的獨立預燃室。

(9) 硅磚拱頂結構穩定、可長期運行。因為硅磚拱頂可在燃燒温度最高1550度條件下正常工作，因此卡式熱風爐拱頂温度可以大大提高，熱風温度最高可達1400度。卡式熱風爐的使用壽命為30年。

(10) 卡盧金頂燃式新型格子磚熱風爐。卡盧金公司首創使用了加熱面積高達48.0㎡/ m的30mm孔徑 格子磚，之後推廣使用加熱面積高達 64.0m/m 的 20mm孔徑格子磚。因為加熱面積大，熱傳導率高，並且沒有燃燒室，所以格子磚蓄熱室的整體高度可以明顯降低。在保持熱功率條件下，與一般的熱風爐相比，此熱風爐尺寸更小，能夠明顯節省耐火材料。

3.1.1 圖8為卡盧金公司第一代熱風爐運行27年的照片。自1982年投產到2009年停爐，該熱風爐從未大修過。長期監測、研究的結論表明：所有的煤氣燃燒都是在預燃室的出口處完成，沒有出現脈衝燃燒現象；熱風爐在最高1350 度條件下成功地進行了運行試驗，長期在熱風温度最高1220 度條件下運行。運行了27年後，拱頂和大牆磚、格子磚都良好。

3.1.2 2002年在俄羅斯西西伯利亞鋼鐵廠為3000立方米高爐建設的1座卡盧金頂燃式熱風爐（第二代），同年在中國山東為750立方米高爐建設的頂燃式熱風爐。2002年在中國和俄羅斯幾乎同時投產的卡式熱風爐兩個卡式熱風爐項目良好運行至今近10年，自此開始，卡盧金頂燃式熱風爐在中國和俄羅斯、烏克蘭、印度、日本、哈薩克斯坦等地加速發展。

3.1.3 自2009年開始，為5000和5500立方米大高爐上配套的卡式熱風爐開始逐步投入運行，分別在日本福山、俄羅斯切列波韋茨、中國唐山建成投產了5000和5500立方米大高爐配套的卡盧金頂燃式熱風爐。世界上大高爐廣泛採用卡盧金頂燃式熱風爐，這説明卡式熱風爐的技術已經被大型鋼鐵公司全面認可和接受，卡式熱風爐正在大高爐熱風爐上向高風温發起挑戰。在5000~5500立方米高爐熱風爐上，已經創紀錄地實現了1300度的運行平均風温。

即使沒有富化燃料，僅僅使用高爐煤氣，通過對煤氣空氣雙預熱，卡盧金頂燃式熱風爐可以實現1300度風温的高指標。卡盧金熱風爐還可以利用小預熱爐（CAP，與熱風爐結構相似）對空氣進行預熱，助燃空氣預熱温度可達500~600度，這保證了卡盧金熱風爐風温可以到達1300度的水平。

3.3.1 卡盧金熱風爐是長壽命熱風爐，實踐證明，由於卡盧金熱風爐使用了硅質耐火磚做拱頂材料、使用了抗熱振耐火材料做預燃室內襯，保證了熱風爐壽命可以達到30年無大修。

3.3.2 卡盧金熱風爐使用了獨創的獨立支撐無樑式爐箅子系統，可以允許廢氣温度500度，因此可以降低格子磚高度、降低投資。3,3,3 卡盧金獨創的20毫米孔徑格子磚，將格子磚加熱面積由30毫米孔徑格子磚的48平方米/每立方米增加到64平方米/每立方米。已經在俄羅斯切列波韋茨的5580立方米高爐熱風爐、中國山東3200立方米高爐熱風爐上使用。20毫米孔徑格子磚頂燃式熱風爐正在成為現代熱風爐發展趨勢，卡盧金公司的技術訣竅可以保證：在熱風爐整個運行期間，30毫米孔徑格子磚和20毫米孔徑格子磚都不會被粉塵堵塞。

卡盧金頂燃式熱風爐2003年9月3日取得了中國專利局頒發的發明專利（專利號CN1439726A）。卡盧金博士不僅是卡式熱風爐的發明人，同時也是卡式熱風爐技術發展的推動者。卡盧金博士鄭重聲明：一些簽署了保密合同的機構使用在項目執行構成中收到卡盧金公司發來的圖紙向用户提供不完善的熱風爐設計，這既是違約行為，同時在質量上不能給用户以完整的保障，對用户來説是存在極大風險的。卡盧金博士同時聲明：卡盧金頂燃式熱風爐在中國的唯一代理是北京天啓金橋冶金設備技術有限公司（總經理王長春先生，地址是北京市廣安門外大街168號朗琴國際大廈B917）。